WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 7 05;06;11;12 Исследование свойств пленок фуллеренов, осажденных с высокой кинетической энергией, на различных поверхностях 2 © М.А. Ходорковский,1 С.В. Мурашов,2 А.Л. Шахмин,1 Т.О. Артамонова,1 Л.П. Ракчеева,1 А.С. Мельников 1 Российский научный центр „Прикладная химия“, 197198 Санкт-Петербург, Россия 2 Санкт-Петербургский государственный университет, 198904 Санкт-Петербург, Россия e-mail: smurashov@rscac.spb.ru (Поcтупило в Редакцию 8 декабря 2005 г.) Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии проведены исследования пленок фуллеренов, нанесенных с различной кинетической энергией. Показано, что структура первого монослоя фуллереновых молекул определяет рост и формирование структуры последующих слоев.

PACS: 81.05.Tr Исследованию процессов адсорбции нейтральных мо- происходило при его движении сквозь цилиндрическую лекул фуллеренов на поверхности различных твердых ячейку Кнудсена с парами фуллерена при температуре тел посвящено большое количество как эксперимен- 600-650 K. Таким образом, независимое формирование тальных, так и теоретических работ [1–4]. Существен- пучка и его обогащение давало возможность варьироную роль в этих процессах играют как кинетическая вать как скорость молекул C60, так и их плотность в энергия адсорбируемой молекулы, так и потенциальный пучке, что позволяло наносить пленки разной толщины рельеф самой поверхности. В работе [5] было показано, при различной энергии осаждаемых молекул. В данных что свойства тонких пленок фуллеренов, нанесенных экспериментах кинетическая энергия молекул фуллерес помощью импульсного сверхзвукового молекулярного на была 1 eV. При больших кинетических энергиях пучка (СМП), обогащенного молекулами напыляемого происходит химическое взаимодействие фуллеренов с материала, существенно отличаются от свойств пленок, подложкой с образованием карбидов [6]. Вниз по потоку нанесенных традиционным методом термического осана расстоянии 10 mm от края ячейки Кнудсена устаждения (ТО).

новлен скиммер, выделяющий осевую часть потока, за В настоящей работе исследуются адсорбированные которым располагалась подложка для нанесения тонкой слои фуллеренов на поверхностях, имеющих различный пленки.

потенциальный рельеф, с использованием ускоренных Осажденные пленки передавались для анализа в нейтральных молекул фуллеренов с кинетической энеррентгеновский фотоэлектронный спектрометр (РФС) гией 0.01-3.0 eV. Формирование ускоренных молекул ESCA-5400 PHI с полусферическим энергоанализатоосуществлялось новым методом сверхзвукового молекуром и монохроматизацией Al Ka-излучения (1486.3 eV) лярного пучка инертного газа, обогащенного молекулапо сверхвысоковакуумному соединению. При этом вами адсорбируемого материала.

куум в процессе напыления поддерживался не хуДля получения обогащенного СМП использовался же, чем 5 · 10-8, при перемещении в спектрометр – метод, в котором формирование пучка происходит при 5 · 10-9 Torr. Рентгеновский фотоэлектронный спектроистечении в вакуум смеси газов из сверхзвукового сопла.

метр использовался также для контроля состояния поПри этом использовались бинарные смеси, в которых верхности подложки до осаждения пленок.

отношение парциальных давлений тяжелого и легкого Держатель образцов с манипулятором позволяли изгазов не превышают долей процента. Такое отношеменять угол наклона плоскости образца к оси входных ние давлений позволяет формировать пучки, в которых линз энергоанализатора, что давало возможность провоосевая часть потока существенно обогащена тяжелой дить неразрушающий анализ приповерхностной области компонентой смеси, в то время как переносная скорость пленок по глубине в диапазоне от нескольких единиц до пучка, распределение по скоростям, температура и т. д.

нескольких десятков ангстрем.

определяются условиями истечения из сопла легкой Диаметр получаемой пленки C60 составлял около 7, компоненты смеси. Использование этого метода позанализируемой области — 1 mm.

воляет формировать монокинетические пучки тяжелых Как было показано ранее [7], спектр характеристичегазов, кинетическая энергия которых может достигать ских потерь энергии (ХПЭ), обусловленный электронсотен электрон-вольт.

электронным взаимодействием и регистрируемый в РФС Для формирования газодинамического молекулярного пучка использовались инертные газы Ar и He и импульс- после основной линии (например C1s ), чувствителен к ное сопло с перепадом давлений от 0.5 до 3 Atm. Обога- тонким изменениям в состоянии и электронов в щение сверхзвукового молекулярного пучка фуллереном валентной зоне, особенно в области верха валентной Исследование свойств пленок фуллеренов, осажденных с высокой кинетической энергией... Величина для пленок фуллеренов, нанесенных различными зоны. Так как сечение возбуждения электронов верха методами на подложки валентной зоны рентгеновским излучением предельно мало, то изменения в этой области в спектрах РФС Подложка ТО-пленка СМП-пленка практически незаметны. Поэтому одним из направлеAl - 1.ний анализа получаемых пленок было сравнение спекNi (тонкая пленка) - 0.тров ХПЭ после C1s линии. Пленки, полученные с Ni (толстая пленка) 1.03938 0.помощью СМП, характеризуются пониженной интенсивSi - 0.ностью плазмонных потерь с энергией в районе 6.2 eV MgO 1.0788 от основного пика, что позволило предполагать их SrTiO3 - 0.большую плотность и предполимеризационное состояние, подтвердившееся в дальнейшем при исследовании пленок методом комбинационного рассеяния света [8].

для СМП-пленок наблюдается обратная четко выраженВ настоящей работе исследовались ХПЭ спектры для ная тенденция;

пленок, полученных на различных подложках: металли— пленки различной толщины дают примерно одических (Ni, Al), полупроводниковых (Si), диэлектриченаковое соотношение плазмонных и ионизационных поских (SrTiO3, MgO). Анализ спектров подтвердил полутерь;

ченные ранее результаты о подавлении -плазмонных — для СМП-пленки фуллерена, нанесенной на фольгу колебаний в СМП-пленках (см. рисунок). При этом из алюминия, указанное отношение близко по знавыявились следующие закономерности для отношения чению к термически нанесенным пленкам, что может амплитуды „плазмонной“ потери, связанной с возбуждесвидетельствовать о том, что на алюминевой подложке нием -плазмона, к амплитуде ионизационных потерь не происходит формирования уплотненного слоя фуллеэнергии (потерь на межзонный переход), (см. табренов [7].

лицу):

Следует отметить, что для всех напыленных пленок — на термически осажденных пленках отношение сохранялась характерная структура валентной зоны, что практически постоянно (наблюдается незначительное свидетельствует о сохранении структуры фуллеренов, увеличение от металла к диэлектрику), в то время как хотя в литературе [2] отмечался их распад при нанесении на некоторые металлы.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что структура первого монослоя фуллереновых молекул (более плотно упакованного по сравнению с термической пленкой) определяет рост и формирование структуры последующих слоев. Для термической пленки взаимодействие осаждаемых молекул с поверхностью более слабое, и верхние слои пленки формируются практически независимо от влияния подложки. Полученные данные свидетельствуют об изменении структуры и взаимодействии -орбиталей молекул фуллерена в СМП-пленках в зависимости от свойств подложки. Так, заметное уменьшение интенсивности плазмонных потерь (а следовательно, и числа несвязанных -электронов, или степени гибридизации -орбиталей) для диэлектрических подложек может быть обусловлено следующими причинами:

— большей упорядоченностью внутри доменной структуры на поверхности SrTiO3, по сравнению с поликристалличной поверхностью металла, приводящей к более плотной упаковке молекул в осаждаемой пленке;

— более сильным электростатическим дипольным взаимодействием молекул фуллеренов с сильным диэлектриком, приводящим к поляризации молекул в пленке.

В работе [9] показано, что энергия CKVV Оже-пика Спектры характеристических потерь энергии для ТО (1,2) существенно зависит от состояния углерода. Так, в и СМП (3–7) пленок фуллеренов, нанесенные на различные молекулах C60 эта энергия почти на 3 eV ниже, чем подложки: 1 – Ni, 2— монокристалл MgO, 3 — Al, 4 — в графите или адсорбированных углеродных кластерах Ni (тонкая пленка), 5 — Ni (толстая пленка), 6 — Si, и наблюдалась как в случае толстых пленок адсорби7 —SrTiO3. Все кривые нормированы на пик 1S углерода и сдвинуты друг относительно друга на 0.01. A1 и A2 —поло- рованных молекул C60 (5-10 монослоев), так и для жение особенностей, связанных с возбуждением -плазмона и субмонослойных покрытий.

межзонного перехода соответственно.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып. 142 М.А. Ходорковский, С.В. Мурашов, А.Л. Шахмин, Т.О. Артамонова, Л.П. Ракчеева, А.С. Мельников Поэтому были проведены исследования положения CKVV Оже-пика в СМП-пленках, осажденных на подложки из Al, Ni и Si. Результаты показали, что для двух последних подложек CKVV Оже-пик пленок фуллерена сдвинут в сторону меньших энергий по сравнению с пленками, осажденными на Al. При этом, как уже говорилось выше, структура валентных зон указывает на сохранение фуллереновой структуры молекул во всех напыленных пленках. Эти результаты находятся в соответствии с данными по исследованию плазмонных потерь в этих пленках.

Как отмечалось в [7], появление „структуры“ в плотности состояний дна валентной зоны в СМП-пленках фуллерена может быть связано с формированием дальнего порядка в этих пленках. Появление дополнительных уровней в области дна валентной зоны может привести к сдвигу в сторону меньших энергий, регистрируемых CKVV Оже-пиков, для пленок на Ni и Si по сравнению с пленками на Al. Эти результаты косвенно указывают на то, что на Al структура пленок фуллерена как в ближнем, так и дальнем, порядке сходна с ТОпленками.

Таким образом, в работе показана существенная зависимость структуры формируемых СМП-пленок от типа подложки. Для более детального выяснения причин этих отличий планируется проведение дополнительных исследований с привлечением высокоразрешающей микроскопии.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проект № 04-03-32249).

Список литературы [1] Gall N.R., Rut’kov E.V., Tontegode A.Ya. // Fullerene Science and Technology. 2001. Vol. 9. N 2. P. 111–113.

[2] Галь Н.Р., Рутьков Е.В., Тонтегоде А.Я. // ФТП. 2005. Т. 39.

Вып. 11. С. 1325–1330.

[3] Girard Ch., Lambin Ph., Dereux A., Lucas A.A. // Phys. Rev.

B. 1994. Vol. 49. N 16. P. 11 425–11 432.

[4] Gravi P.A., Devel M., Lambin Ph. et al. // Phys. Rev. B. 1996.

Vol. 53. N 3. P. 1622–1629.

[5] Ходорковский М.А., Шахмин А.Л., Мурашов С.В. и др. // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24. Вып. 10. С. 20–23.

[6] Aversa L., Verucchi R., Boschetti A. et al. // Mat. Sci. Eng.

2003. Vol. 101. P. 169–173.

[7] Шахмин А.Л., Ходорковский М.А., Мурашов С.В. и др. // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. Вып. 3. С. 1–6.

[8] Ходорковский М.А., Мурашов С.В., Артамонова Т.О.

и др. // ЖТФ. 2004. Т. 74. Вып. 2. С. 118–123.

[9] Rut’kov E.V., Tontegode A.Ya., Usufov M.M. // Phys. Rev. Lett.

1995. Vol. 74. N 5. P. 758–760.

Журнал технической физики, 2006, том 76, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.